Графитовый высокотемпературный электронагреватель Советский патент 1984 года по МПК H05B3/14 

Изобретение относится к электротермическим установкам, в частности к графитовым нагревателям, применяемым в электропечах, для термической обработки углеродных материалов в интервале температур 20-2000°С.

Известны графитовые нагреватели, выполненные в виде пакета фасонных графитовых элементов, плотно прижатых друг к другу. Элекрическое сопротивление такого нагревателя увеличивается за счет контактного электросопротивления, возникающего между соседними элементами, что позволяет сделать нагреватель достаточно массивным и прочным 1.

Однако в нагревателе невозможно достижение необходимого электросопротивления по высоте нагревателя без изменения контактного электросопротивления, а также незначительный эксплуатационный ресурс в связи с большим эрозионным износом, вызванным возникновением электрических дуг по длине всего элемента нагревателя.

Известен графитовый нагреватель, выполненный из набора примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями кольцевых э.тементов. Каждый элемент выполнен с чередующимися пазами и выступами на контактной торцовой поверхности, причем пазу с одной стороны элемента соответствует выступ с другой стороны, а соседние элементы примыкают друг к другу выступами. Тем самым контактные переходы, равномерно, в шахматном порядке распределяются по поверхности нагревателя. Изменение интенсивности нагрева возможно смещением нагревательных элементов друг относительно друга и изменением давления на контактных поверхностях с помощью домкрата 2.

Однако Нагреватель недолговечен вследствие значительного механического разрущения графитовых элементов в процессе эксплуатации, из-за отсутствия самокомпенсации термического расширения графитовых элементов, а также в нем невозможно достижение высоких температур из-за низкого электросопротивления сборного нагревателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является графитовый электронагреватель, выполненный из набора примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями и смещенных по этим поверхностям относительно друг друга графитовых элементов в виде кольца, часть которого вырезана по всей ширине 3.

Однако в известном нагревателе при обеспечении необходимого электросопротивления по высоте нагревателя не обеспечивается достаточная надежность и эксплуатационный ресурс, так как конструкция не обладает подвижностью вдоль вертикальной оси и не может сжиматься и разжиматься под действием внешней нагрузки.

Целью изобретения является повышение надежности и эксплуатационного ресурса.

Поставленная цель достигается тем, что в графитовом высокотемпературном электронагревателе, выполненном из набора примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и смещенных по этим поверхностям друг относительно друга, графитовых элементов в виде кольца, часть которого вырезана по всей ширине, длина вырезанной части соответствует 0,3-0,33 длины кольца, а смещение выполнено с перекрытием соседних элементов на длину, составляющую 0,03-, 17 от длины кольца с одной из сторон элемента.

На фиг. 1 дана камера печи с нагревателем; На фиг. 2 - конструкция элемента нагревателя; на фиг. 3 - нагреватель в сборе.

Нагреватель 1 выполнен из набора кольцевых элементов 2, помещенных между токоподводами 3 и 4, Токоподводы 3 и 4 закреплены на изоляторах 5 и 6 в корпусе печи 7, закрываемым крышкой 8.

Каждый элемент 2 выполнен в виде кольца с вырезом, составляющим 0,3-0,33 от длины кольца, причем сечение имеет ступенчатую конструкцию. На фиг. 3 изображен графитовый нагреватель 1 в сборе, в котором элементы 2 примыкают торцами и смещены относительно друг друга на длину, составляющую 0,03-0,17 от длины кольца.

Нагреватель работает следующим- образом.

Заготовки устанавливаются внутри нагревателя 1, печь закрывается крыщкой 8 и вакуумируется или заполняется инертным газом. Через токоподводы 3 и 4 нагреватель 1 подключают к источнику однофазного тока. Конструкция нагревателя из элементов, смещенных друг относительно друга на 0,03-0,17 от длины кольца, обладает достаточной устойчивостью и способностью сжиматься и разжиматься на 10-15 мм под действием нагрузки, за счет упругих свойств отдельных элементов и собранной конструкции в целом, что обеспечивает компенсацию термического расширения графита и соответственно увеличивает ресурс нагревателя без устройства дополнительных приспособлений. В предлагаемом нагревателе тепловыделяющими участками равнозначно являются, как контакты .между элементами (R), так и участки, свободные от контактирования по торцам (Rj), поскольку из электросопротивления соизмеримы, соответственно 0,05 и 0,06 О.м. Равномерность температурного поля по высоте нагревателя достигается смещением примыкающих элементов друг относительно друга на 0,03-0,17 от длины кольца. При

этом другая сторона перекрывается на (0,3-0,16). Экспериментально установлено, что смещая элементы в указанном интервале можно направленно регулировать электросопротивление нагревателя и тем самым снизить до 20°С температурный градиент по высоте нагревателя. Использование элементов с вырезом дуги менее 0,3 длины всего кольца нецелесообразно из-за значительного уменьшения общего электросопротивления электронагревателя, что приводит к перерасходу электроэнергии. Применение элементов с вырезом дуги более 0,33 длины приводит к невозможности ее эксплуатации. Установка элементов нагревателя друг относительно друга с смещением менее чем на 0,03 от длины кольца приводит к неустойчивости конструкции, из-за малой площади контакта между элементами и, соответственно, к ее разрушению.

Сдвиг элементов свыще, чем на 0,17 от длины кольца приводит к повторению предыдущих вариантов, достигаемых смещением элементов до 0,17 от длины кольца, при этом изменяется только направление сдвига.

При несоблюдении предлагаемых услоВИЙ и размеров снижается величина электросопротивления, устойчивость и надежность конструкции, соответственно увеличивается потребляемая мощность и уменьшается эксплуатационный ресурс.

Предлагаемый нагреватель обеспечивает высокий эксплуатационный ресурс уменьшить температурный градиент и снизить потребляемую мощность.

ГРАФИТОВЫЙ ВЫСОКОТЕ.М ПЕРАТУРНЫЙ ЭЛЕКТР01- АГРЕВАТЕЛЬ, выполненный набора примыкаюн1нх друг к торцов)1н повер.чностямн 1 смещенных но этн.м новерхностям относительно друг друга графнтовых элементов в BII.IC Ko.ibHi, часть которого вырезана но всей iiuipiiiie, отличаюппйся тем, что, с целью iKXiiiiHieiHiH надежности и экснлуатационНО1Ч) ресурса, длина вырезанной части состар.лиет 0,3-0,33 д.тнны кольца, а смешение 5ынолнено с иерекрытием соседних э.юментов иа длину, составляющую 0,03-017 ог д,1ин1 : кольна с одной из CTOpoii элемента. UIZQ y//////j7///Y////yy/y///// О о со с

,